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JP6810673B2 - Equipment and programs for positioning - Google Patents

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JP6810673B2
JP6810673B2 JP2017213257A JP2017213257A JP6810673B2 JP 6810673 B2 JP6810673 B2 JP 6810673B2 JP 2017213257 A JP2017213257 A JP 2017213257A JP 2017213257 A JP2017213257 A JP 2017213257A JP 6810673 B2 JP6810673 B2 JP 6810673B2
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  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Description

本開示は、測位のための装置及びプログラムに関する。 The present disclosure relates to devices and programs for positioning.

ビーコンやWiFi(登録商標)の電波強度値を利用して、ユーザの位置を測位して得られた位置情報を利用した様々なサービスが開発されており、位置情報の重要性が高まっている。ユーザの位置を測位する方法として、GPS(Global Positioning System)の電波が届かない屋内等では、複数の測位用ビーコンの電波を用いたフィンガープリントと呼ばれる、電波の強度を表す電場マップを用いた測位方法がある。 Various services have been developed that utilize the position information obtained by positioning the user's position using the radio field intensity value of the beacon or WiFi (registered trademark), and the importance of the position information is increasing. As a method of positioning the user's position, in indoors where GPS (Global Positioning System) radio waves do not reach, positioning using an electric field map showing the strength of radio waves called a fingerprint using radio waves of multiple positioning beacons. There is a way.

上記測位方法に用いる電場マップを構築する方法として、例えば非特許文献1には、屋外において、ビルや壁等の障害物による遮断や反射等の影響を考慮して、トレーニングデータから電場マップを構築する方法が開示されている。 As a method of constructing an electric field map used in the above positioning method, for example, in Non-Patent Document 1, an electric field map is constructed from training data outdoors in consideration of the influence of obstacles such as buildings and walls such as blocking and reflection. The method of doing so is disclosed.

「無線電波測位手法における障害物を考慮した電波マップの構築」、桑原雅明、西尾信彦、マルチメディア、分散、協調とモバイル(DICOMO2008)シンポジウム、平成20年7月"Construction of radio wave map considering obstacles in wireless radio positioning method", Masaaki Kuwahara, Nobuhiko Nishio, Multimedia, Distributed, Cooperative and Mobile (DICOMO2008) Symposium, July 2008

ところで、電場マップの構築には、電波を発信するビーコン等の発信源からの距離に応じた電波の減衰を表す、電波伝搬モデルが用いられる。この電波伝搬モデルが不適切であると、電波の強度を正確に推定することができない。例えば、非特許文献1の手法では、電波の発信源に近付くほど、電波の強度を正確に推定できないという問題が生じる場合があった。 By the way, in constructing an electric field map, a radio wave propagation model is used, which represents the attenuation of radio waves according to the distance from a source such as a beacon that emits radio waves. If this radio wave propagation model is inappropriate, the strength of radio waves cannot be estimated accurately. For example, in the method of Non-Patent Document 1, there is a problem that the intensity of radio waves cannot be estimated accurately as the distance from the source of radio waves approaches.

本開示は上記問題点を考慮してなされたものであり、電波の発信源からの距離にかかわらず、電波の強度を正確に推定することができる、測位のための装置及びプログラムを提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in consideration of the above problems, and provides an apparatus and a program for positioning capable of accurately estimating the intensity of radio waves regardless of the distance from the source of radio waves. With the goal.

上記目的を達成するために、本開示の第1の態様の測位のための装置は、電波発信装置から発信された電波の、所望の位置における電波強度を推定する測位のための装置であって、前記電波発信装置からの距離に応じた区間を、前記距離の変化に対する電波強度値の変化率が閾値未満の第1の区間と、前記電波強度値の変化率が閾値以上であり、前記第1の区間よりも前記電波発信装置に近い第2の区間とに分割し、さらに前記第2の区間を複数の区間に分割し、分割した区間毎に、前記電波発信装置に近い区間ほど値が大きくなる空間伝搬係数の値を切り替えて、前記電波発信装置と電波強度を推定する推定対象地点との距離と、前記空間伝搬係数とに基づいた1つの式で表される電波伝搬モデルにより、前記推定対象地点の電波強度を推定する電場推定部を備える。 In order to achieve the above object, the device for positioning in the first aspect of the present disclosure is a device for positioning that estimates the radio wave intensity at a desired position of the radio wave transmitted from the radio wave transmitting device. In the section corresponding to the distance from the radio wave transmitting device, the first section in which the rate of change of the radio wave intensity value with respect to the change in the distance is less than the threshold, and the section in which the rate of change of the radio wave intensity value is equal to or more than the threshold, the first The section is divided into a second section closer to the radio wave transmitting device than the section 1, and the second section is further divided into a plurality of sections. For each divided section, the closer the section is to the radio wave transmitting device, the higher the value. The radio wave propagation model expressed by one equation based on the distance between the radio wave transmitting device and the estimation target point for estimating the radio wave intensity by switching the value of the increasing space propagation coefficient and the space propagation coefficient is used. It is equipped with an electric field estimation unit that estimates the radio field intensity at the estimation target point.

本開示の第2の態様の測位のための装置は、第1の態様の測位のための装置において、前記電場推定部が推定した前記推定対象地点の電波強度と、前記推定対象地点の電波強度の実測値とに基づいて、前記推定対象地点の測位を行う測位部をさらに備える。 The device for positioning in the second aspect of the present disclosure is the device for positioning in the first aspect, in which the radio field intensity of the estimated target point estimated by the electric field estimation unit and the radio field strength of the estimated target point are Further, a positioning unit that performs positioning of the estimation target point based on the actually measured value of the above is provided.

本開示の第3の態様は、第1の態様または第2の態様の測位のための装置において、前記第2の区間は、前記電波発信装置に近いほど短い区間に分割される。 The third aspect of the present disclosure is the device for positioning in the first aspect or the second aspect, in which the second section is divided into shorter sections as it is closer to the radio wave transmitting device.

本開示の第4の態様は、第1の態様から第3の態様のいずれか1態様の測位のための装置において、前記電波伝搬モデルは、前記電波発信装置が発信する電波の最大電波出力をK、前記電波発信装置と前記推定対象地点との距離をd、前記空間伝搬係数をnとした場合、電波強度値であるRSSI(Received Signal Strength Indicator)を導出する下記(1)式の右辺を少なくとも含む式で表される、
RSSI=K−n×log10d ・・・(1)。
A fourth aspect of the present disclosure is a device for positioning in any one of the first to third aspects, wherein the radio wave propagation model outputs a maximum radio wave output of a radio wave transmitted by the radio wave transmitting device. When K, the distance between the radio wave transmitting device and the estimated target point is d, and the spatial propagation coefficient is n, the right side of the following equation (1) for deriving the RSSI (Received Signal Strength Indicator), which is the radio wave strength value, is used. At least expressed by the including expression,
RSSI = Kn × log 10 d ... (1).

本開示の第5の態様は、第1の態様から第4の態様のいずれか1態様の測位のための装置において、位置が既知の実測地点の各々において前記電波発信装置の電波の強度を実測した実測値を用いて、前記空間伝搬係数を最適化することにより前記電波伝搬モデルを最適化する最適化部をさらに備える。 A fifth aspect of the present disclosure is the device for positioning in any one of the first to fourth aspects, wherein the intensity of the radio wave of the radio wave transmitting device is actually measured at each of the actually measured points whose positions are known. An optimization unit for optimizing the radio wave propagation model by optimizing the spatial propagation coefficient using the measured values obtained is further provided.

本開示の第6の態様は、第5の態様の測位のための装置において、前記最適化部は、電波強度を実測した少なくとも2以上の実測地点に関する電波強度の実測値についての、前記電波伝搬モデルから導出した電波強度値との差分の総和を表す最適化関数を最小化するように、前記実測地点と前記電波発信装置との距離に係る前記空間伝搬係数を導出することにより、前記電波伝搬モデルを最適化する。 A sixth aspect of the present disclosure is the apparatus for positioning in the fifth aspect, wherein the optimization unit propagates the radio wave with respect to the measured value of the radio wave intensity with respect to at least two or more actual measurement points where the radio wave intensity is actually measured. The radio wave propagation is performed by deriving the spatial propagation coefficient related to the distance between the measured point and the radio wave transmitting device so as to minimize the optimization function representing the sum of the differences from the radio wave intensity value derived from the model. Optimize the model.

本開示の第7の態様は、第6の態様の測位のための装置において、前記最適化部は、さらに、前記電波発信装置と前記実測地点の距離が近いほど大きな重み付けを行って前記電波伝搬モデルを最適化する。 A seventh aspect of the present disclosure is the device for positioning in the sixth aspect, in which the optimization unit further weights the radio wave transmitting device and the measured point as the distance between them becomes closer, and the radio wave propagates. Optimize the model.

上記目的を達成するために、本開示の第8の態様のプログラムは、コンピュータを、第1の態様〜第7の態様のいずれか1態様に記載の測位のための装置の各部として機能させるためのものである。 In order to achieve the above object, the program of the eighth aspect of the present disclosure causes the computer to function as each part of the device for positioning according to any one of the first to seventh aspects. belongs to.

本開示によれば、電波の発信源からの距離にかかわらず、電波の強度を正確に推定することができる、という効果が得られる。 According to the present disclosure, it is possible to accurately estimate the intensity of radio waves regardless of the distance from the source of radio waves.

実施形態における電波伝搬モデルの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the radio wave propagation model in an embodiment. 実施形態における電波伝搬モデルの一例を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating an example of a radio wave propagation model in an embodiment. 実施形態における実電場マップの導出の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of derivation of the actual electric field map in an embodiment. 実施形態における電波強度推定装置の構成の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the structure of the radio wave intensity estimation device in embodiment. 実施形態における電場推定部が実行する電波伝搬モデル導出ルーチンの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the radio wave propagation model derivation routine executed by the electric field estimation part in an embodiment. 実施形態における電波強度推定装置が実行する電場マップ導出ルーチンの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the electric field map derivation routine executed by the radio field intensity estimation apparatus in embodiment. 実施形態における電波強度推定装置により導出された実電場マップの表示の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the display of the actual electric field map derived by the radio wave intensity estimation apparatus in embodiment. 実施形態における電波強度推定装置により導出された実電場マップの表示の他の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the display of the actual electric field map derived by the radio field intensity estimation apparatus in embodiment. 実施形態における電波強度推定装置により導出された理論電場マップの表示の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the display of the theoretical electric field map derived by the radio field intensity estimation apparatus in embodiment. 実施形態における測位のための装置の構成の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the structure of the apparatus for positioning in an embodiment. 実施形態における電波強度推定装置の実装例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the implementation example of the radio wave intensity estimation apparatus in embodiment. 電波伝搬モデルによる電波強度値の近似について説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the approximation of the radio wave intensity value by a radio wave propagation model.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、本実施形態は本発明を限定するものではない。以下では一例として、電波発信装置が、自装置を識別するためのビーコンID(Identification)を含むビーコン信号を送信するビーコン(Beacon)である場合について説明するが、電波発信装置はビーコンに限定されるものではない。このようなビーコン信号としては、例えば、WiFi(登録商標)信号、及びBLE(Bluetooth(登録商標) Low Energy)信号等を用いることができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present embodiment does not limit the present invention. In the following, as an example, a case where the radio wave transmitting device is a beacon (Beacon) that transmits a beacon signal including a beacon ID (Identification) for identifying the own device will be described, but the radio wave transmitting device is limited to the beacon. It's not a thing. As such a beacon signal, for example, a WiFi (registered trademark) signal, a BLE (Bluetooth (registered trademark) Low Energy) signal, or the like can be used.

まず、本開示の電波伝搬モデルについて説明する。 First, the radio wave propagation model of the present disclosure will be described.

一般的に、ビーコンから離れた地点におけるビーコン信号の電波強度(RSSI:Received Signal Strength Indicator)は、下記(1)式で表される電波伝搬モデルで示される。なお、下記(1)式における「d」は、ビーコンの設置位置からの距離(d>0)であり、「K」はビーコンの最大電波出力であり、「n」は空間伝搬係数であり、「C」は、定数項である。 Generally, the radio wave strength (RSSI: Received Signal Strength Indicator) of a beacon signal at a point away from the beacon is represented by a radio wave propagation model represented by the following equation (1). In the following equation (1), "d" is the distance (d> 0) from the beacon installation position, "K" is the maximum radio wave output of the beacon, and "n" is the spatial propagation coefficient. "C" is a constant term.

RSSI=K−(n×log10d−C) ・・・(1) RSSI = K- (n x log 10 d-C) ... (1)

上記「K」は、既知の値であり、「n」及び「C」は、環境によって変化するモデル係数である。実測点のプロットに最もフィットするようなn及びCの組合せは、最小二乗法等様々な方法で導出することができる。導出したモデル係数(n,C)により定義された上記(1)式の電波伝搬モデルで、電波強度の実測値(以下、単に「実測値」という場合がある)を繋いで得られる電波伝搬曲線を近似することにより、実測点以外の様々な地点における電波強度を導出することが可能となる。 The above-mentioned "K" is a known value, and "n" and "C" are model coefficients that change depending on the environment. The combination of n and C that best fits the plot of the measured points can be derived by various methods such as the least squares method. A radio wave propagation curve obtained by connecting the measured values of radio field intensity (hereinafter, may be simply referred to as "measured values") in the radio wave propagation model of the above equation (1) defined by the derived model coefficients (n, C). By approximating, it is possible to derive the radio field intensity at various points other than the measured points.

図12には、ビーコンからの距離と、電波強度との関係を表したグラフを示す。図12には、ビーコンからの距離が異なる、8つの地点における電波強度の実測値のグラフの一例と、上記(1)式の電波伝搬モデルにより導出される電波強度値のグラフの一例が示されている。 FIG. 12 shows a graph showing the relationship between the distance from the beacon and the radio field intensity. FIG. 12 shows an example of a graph of measured radio field intensities at eight points where the distances from the beacon are different, and an example of a graph of radio field strength values derived by the radio wave propagation model of the above equation (1). ing.

図12に示すように、ビーコンからの距離が短くなるほど、換言するとビーコンに近付くほど、実測値と、電波伝搬モデルにより導出される電波強度値との乖離が大きくなる傾向がある。すなわち、図12に示した場合では、ビーコン付近の地点については、実際の電波強度を、一つの電波伝搬モデルにより適切に電波伝搬曲線を近似することができない。 As shown in FIG. 12, the shorter the distance from the beacon, in other words, the closer to the beacon, the larger the deviation between the measured value and the radio field intensity value derived by the radio wave propagation model tends to be. That is, in the case shown in FIG. 12, the actual radio wave intensity cannot be appropriately approximated by one radio wave propagation model for the point near the beacon.

一般に、電波伝搬モデルをユーザの位置を測位するための測位のための装置に適用する場合、電波伝搬モデルにおいて電波強度の変化率が大きい、ビーコンから一定の範囲内の距離(ビーコン付近)に対して利用される。そのため、ビーコン付近における電波伝搬モデルの近似精度は、測位精度に多大な影響を与える。 In general, when the radio wave propagation model is applied to a positioning device for positioning a user's position, the rate of change in radio wave intensity is large in the radio wave propagation model, and the distance from the beacon is within a certain range (near the beacon). Will be used. Therefore, the approximation accuracy of the radio wave propagation model in the vicinity of the beacon has a great influence on the positioning accuracy.

そこで、本開示では、電波伝搬モデルの近似精度が低下するビーコン付近の区間を複数の区間に分割し、分割した区間毎に、実測値を用いて導出されたモデル係数(n,C)を用いた電波伝搬モデルを適用する。例えば、図1に示したように電波強度の実測値が得られた場合、まず、電波強度値の変化率が比較的大きい、ビーコンからの距離がd0〜d2(d0<d2)の区間と、電波強度値の変化率が比較的小さい、ビーコンからの距離がd2〜d3(d2<d3)の区間とに分割する。さらに、ビーコンからの距離がd0〜d2の区間について、複数の区間(区間d0〜d1、及び区間d1〜d2の2つの区間)に分割する。そして、区間毎に、上記(1)式におけるモデル係数(n,C)を導出して電波伝搬曲線を近似した電波伝搬モデルを定義する。ここで、区間d0〜d1の空間伝搬係数をn1、区間d1〜d2の空間伝搬係数をn2、及び区間d2〜d3の空間伝搬係数をn3とすると、空間伝搬係数n1は空間伝搬係数n2よりも大きく、空間伝搬係数n2は空間伝搬係数n3よりも大きい(n1>n2>n3)という関係が成り立つ。すなわち、ビーコンに近い区間ほど、空間伝搬係数nの値が大きくなる。例えば、下記(2)式の関係が成り立つ。 Therefore, in the present disclosure, the section near the beacon where the approximation accuracy of the radio wave propagation model is lowered is divided into a plurality of sections, and the model coefficients (n, C) derived using the measured values are used for each divided section. Apply the radio wave propagation model that was used. For example, when the measured value of the radio field intensity is obtained as shown in FIG. 1, first, the section where the rate of change of the radio field strength value is relatively large and the distance from the beacon is d0 to d2 (d0 <d2) and It is divided into sections where the rate of change of the radio field intensity value is relatively small and the distance from the beacon is d2 to d3 (d2 <d3). Further, the section whose distance from the beacon is d0 to d2 is divided into a plurality of sections (two sections d0 to d1 and sections d1 to d2). Then, for each section, the model coefficients (n, C) in the above equation (1) are derived to define a radio wave propagation model that approximates the radio wave propagation curve. Here, assuming that the spatial propagation coefficient of the sections d0 to d1 is n1, the spatial propagation coefficient of the sections d1 to d2 is n2, and the spatial propagation coefficient of the sections d2 to d3 is n3, the spatial propagation coefficient n1 is larger than the spatial propagation coefficient n2. It is large, and the relationship that the spatial propagation coefficient n2 is larger than the spatial propagation coefficient n3 (n1> n2> n3) is established. That is, the closer the section is to the beacon, the larger the value of the spatial propagation coefficient n. For example, the relationship of the following equation (2) holds.

n1=n3+0.2
n2=n3+0.04 ・・・(2)
n1 = n3 + 0.2
n2 = n3 + 0.04 ... (2)

このような空間伝搬係数n1、n2、n3により上記(1)式の電波伝搬モデルを定義することにより、図1に示すように、区間毎に電波伝搬モデルにより導出される電波強度値と、実測値との乖離が抑制され、電波伝搬モデルによる近似精度が向上する。 By defining the radio wave propagation model of the above equation (1) with such spatial propagation coefficients n1, n2, and n3, as shown in FIG. 1, the radio wave intensity value derived by the radio wave propagation model for each section and the actual measurement The deviation from the value is suppressed, and the approximation accuracy by the radio wave propagation model is improved.

一方、区間d2〜d3において適用する空間伝搬係数n3により定義された電波伝搬モデルで全ての区間における電波強度値を導出した場合、図2に示すように、ビーコン付近(区間d0〜d2)では、実測値と、電波伝搬モデルにより導出される電波強度値との乖離が大きくなる。 On the other hand, when the radio wave intensity values in all the sections are derived by the radio wave propagation model defined by the spatial propagation coefficient n3 applied in the sections d2 to d3, as shown in FIG. 2, in the vicinity of the beacon (sections d0 to d2), The discrepancy between the measured value and the radio field intensity value derived by the radio wave propagation model becomes large.

従って、本開示では、上述したように、ビーコンからの距離に応じた区間を電波強度値の変化率が比較的大きい区間と、電波強度値の変化率が比較的小さい区間とに分割し、さらに電波強度値の変化率が比較的小さい区間内を複数の区間に分割し、区間毎に電波伝搬モデルに適用する空間伝搬係数nの値(図1では、n1〜n3)を切り替える。 Therefore, in the present disclosure, as described above, the section according to the distance from the beacon is divided into a section in which the rate of change of the radio field intensity value is relatively large and a section in which the rate of change of the radio wave intensity value is relatively small. The section in which the rate of change of the radio wave intensity value is relatively small is divided into a plurality of sections, and the value of the spatial propagation coefficient n (n1 to n3 in FIG. 1) applied to the radio wave propagation model is switched for each section.

なお、空間伝搬係数を切り替えるための区間は、ビーコンに近くなるほど短い区間とすることが好ましい。ビーコンに近くなるほど、電波強度値の変化率(電波伝搬曲線の曲率)が大きくなるため、空間伝搬係数を切りかえる区間を短くすることにより、電波伝搬曲線の近似精度がより高くなる。 It is preferable that the section for switching the spatial propagation coefficient is shorter as it gets closer to the beacon. The closer it is to the beacon, the larger the rate of change of the radio wave intensity value (curvature of the radio wave propagation curve). Therefore, by shortening the section in which the spatial propagation coefficient is switched, the approximation accuracy of the radio wave propagation curve becomes higher.

なお、空間伝搬係数を切り替えるための区間分割の方法としては、例えば、電波伝搬曲線との近似誤差の二乗和が最小になる基準に従って、区間分割数を変更して、誤差が最小となるように、自動的に最小の分割数に区間分割数を決定する方法が挙げられる。また例えば、区間分割の方法としては、電波伝搬曲線の曲率の変化に注目し、変化率が閾値以上となった地点で分割する方法が挙げられる。この方法の場合、電波強度値の変化率が比較的大きい区間と、電波強度値の変化率が比較的小さい区間とに分割する際に用いる閾値と、電波強度値の変化率が比較的小さい区間内において空間伝搬係数を切り替える区間を分割する際に用いる閾値とを異ならせることが好ましい。 As a method of partitioning to switch the spatial propagation coefficient, for example, the number of partitioning is changed according to the standard that minimizes the sum of squares of the approximation error with the radio wave propagation curve so that the error is minimized. , There is a method of automatically determining the number of interval divisions to the minimum number of divisions. Further, for example, as a method of partitioning an interval, a method of paying attention to a change in the curvature of the radio wave propagation curve and dividing at a point where the rate of change becomes equal to or higher than a threshold value can be mentioned. In the case of this method, the threshold value used when dividing into a section where the rate of change of the radio field intensity value is relatively large and a section where the rate of change of the radio wave intensity value is relatively small, and a section where the rate of change of the radio wave intensity value is relatively small. It is preferable that the threshold value used when dividing the section for switching the spatial propagation coefficient is different.

次に、上記本開示の電波伝搬モデルを用いた、電場マップの導出について説明する。本実施形態では、シミュレーション条件に応じた屋内等の所望の領域における電波強度値の実測値に基づいて、所望の領域内における実際の電場を推定した電場マップ(以下、「実電場マップ」という)を導出する。ある領域における電場は、その領域を構成する建物等の構造(形状及び材質等)や、領域内を遮蔽する物(壁や棚等)等の要因によって変化する。本実施形態では、実電場マップの導出対象となる領域(以下、「導出対象領域」という)における、これらの要因をシミュレーション条件としている。 Next, the derivation of the electric field map using the radio wave propagation model of the present disclosure will be described. In the present embodiment, an electric field map that estimates the actual electric field in the desired region based on the measured value of the radio field intensity value in a desired region such as indoors according to the simulation conditions (hereinafter referred to as "actual electric field map"). Is derived. The electric field in a certain area changes depending on factors such as the structure (shape, material, etc.) of the building, etc. that constitutes the area, and the objects (walls, shelves, etc.) that shield the area. In the present embodiment, these factors in the region to be derived from the actual electric field map (hereinafter referred to as “derivation target region”) are set as simulation conditions.

本実施形態では、まず、ビーコンの電波強度の実測値と、電波伝搬モデルとから構成される、下記(3)式により示される評価関数f(n,C)を準ニュートン法等により最小化するモデル係数(n,C)を、導出対象領域内に設けられたビーコン毎に推定することにより、ビーコン毎の電波伝搬モデルを最適化する。なお、下記(3)式における「α」は、電波伝搬モデルから導出した電波強度値であり、「β」は、導出対象領域内の特定の地点における特定のビーコンの電波強度であり、先(左側)の「Σ」は、電波強度を実測した全ての実測地点に関する総和を表し、後(右側)の「Σ」は、ある実測地点における電波強度の実測値毎の総和を表している。 In the present embodiment, first, the evaluation function f (n, C) represented by the following equation (3), which is composed of the measured value of the radio wave intensity of the beacon and the radio wave propagation model, is minimized by the quasi-Newton method or the like. The radio wave propagation model for each beacon is optimized by estimating the model coefficient (n, C) for each beacon provided in the derivation target region. In addition, "α" in the following equation (3) is a radio wave intensity value derived from the radio wave propagation model, and "β" is the radio wave intensity of a specific beacon at a specific point in the derivation target area. The "Σ" on the left side) represents the sum of all the measured points where the radio field strength was actually measured, and the "Σ" on the back (right side) represents the sum of the measured values of the radio field strength at a certain measured point.

f(n,C)=ΣΣ(α−β) ・・・(3) f (n, C) = ΣΣ (α-β) 2 ... (3)

図3を参照して、ビーコン毎の電波伝搬モデルを最適化する方法の一例について詳細に説明する。図3は、導出対象領域内に設けられた複数のビーコンのうちのビーコンB1の電波強度に基づく電場範囲内にある4つの地点(地点A1〜A4)において、ビーコンB1の電波強度値を実測した場合を例示している。 An example of a method of optimizing the radio wave propagation model for each beacon will be described in detail with reference to FIG. FIG. 3 shows the measured radio field intensity values of the beacon B1 at four points (points A1 to A4) within the electric field range based on the radio field strength of the beacon B1 among the plurality of beacons provided in the derivation target area. The case is illustrated.

まず、地点A1について、初期値のモデル係数(n,C)を適用して電波伝搬モデルから導出した電波強度値をαとし、他のビーコンの電波の影響を受けていない状態における、地点A1におけるビーコンB1の電波強度の実測値をβとし、(α−β)の二乗を導出する。地点A2〜A4についても同様に(α−β)の二乗を導出し、これらを加算して評価関数f(n,C)を導出する。次いで、モデル係数(n,C)を初期値から変化させて同様に、地点A1〜A4における(α−β)の二乗を加算して評価関数f(n,C)を導出する。さらに、導出した評価関数f(n,C)同士を比較し、モデル係数の変化後の評価関数f(n,C)の方が小さい場合、同じ方向にさらにモデル係数(n,C)を変化させ、一方、モデル係数の変化後の評価関数f(n,C)の方が大きい場合、別の方向にモデル係数(n,C)を変化させる。そして、上記と同様に、評価関数f(n,C)の導出、及び評価関数f(n,C)同士の比較を繰り返すことにより、評価関数f(n,C)が最小となるモデル係数(n,C)を導出する。導出されたモデル係数(n,C)を適用することにより、電波伝搬モデルが最適化される。 First, for point A1, the radio wave intensity value derived from the radio wave propagation model by applying the initial model coefficients (n, C) is set to α, and at point A1 in a state where it is not affected by the radio waves of other beacons. Let β be the measured value of the radio field intensity of beacon B1, and derive the square of (α-β). Similarly, the square of (α-β) is derived for points A2 to A4, and these are added to derive the evaluation function f (n, C). Next, the model coefficient (n, C) is changed from the initial value, and the square of (α-β) at points A1 to A4 is added in the same manner to derive the evaluation function f (n, C). Further, the derived evaluation functions f (n, C) are compared with each other, and if the evaluation function f (n, C) after the change of the model coefficient is smaller, the model coefficient (n, C) is further changed in the same direction. On the other hand, if the evaluation function f (n, C) after the change of the model coefficient is larger, the model coefficient (n, C) is changed in another direction. Then, in the same manner as described above, by repeating the derivation of the evaluation function f (n, C) and the comparison between the evaluation functions f (n, C), the model coefficient (n, C) at which the evaluation function f (n, C) is minimized ( n, C) is derived. The radio wave propagation model is optimized by applying the derived model coefficients (n, C).

本実施形態では、導出対象領域内における全てのビーコンについて、上述のようにして電波伝搬モデルを最適化する。そして、全てのビーコンの最適化された電波伝搬モデルから導出した電波強度値による電場を合成することにより、実電場マップを導出する。 In this embodiment, the radio wave propagation model is optimized as described above for all beacons in the derivation target region. Then, the actual electric field map is derived by synthesizing the electric fields based on the radio field intensity values derived from the optimized radio wave propagation models of all beacons.

なお、上述のように電波伝搬モデルの最適化を行うために評価関数f(n,C)を最小化する際に、実測地点に応じた重み付けとして、測位において重要な実測地点であるほど重くなるように重み付けを行ってもよい。例えば、屋内での測位を行う場合、すなわち導出対象領域が屋内の場合、ビーコン付近の電波伝搬モデルの近似精度を向上させることが重要となる。そのため、ビーコンからの距離が近いほど、測位に重要な実測地点となる。この場合、ビーコンからの距離に応じて、距離が近いほど重くなる(大きくなる)重み付け係数κを設け、評価関数の各項について、導出した電波強度値αと電波強度の実測値βとの差分の2乗に対して重み付け係数κを乗算(κ×(α−β))する等して重み付けを行うようにするとよい。このように重み付けを行うことにより、重み付けを行わずに、まんべんなく電波強度値αと電波強度の実測値βの最小二乗和を導出した場合よりも、ビーコン付近における電波伝搬モデルの近似精度をより向上させることができる。 When the evaluation function f (n, C) is minimized in order to optimize the radio wave propagation model as described above, the weighting according to the actual measurement point becomes heavier as the actual measurement point becomes more important in positioning. Weighting may be performed as follows. For example, when positioning indoors, that is, when the derivation target area is indoors, it is important to improve the approximation accuracy of the radio wave propagation model near the beacon. Therefore, the closer the distance from the beacon, the more important the actual measurement point for positioning. In this case, a weighting coefficient κ that becomes heavier (increased) as the distance is shorter is provided according to the distance from the beacon, and the difference between the derived radio wave intensity value α and the measured value β of the radio wave intensity for each term of the evaluation function. It is advisable to multiply the square of the weight by the weighting coefficient κ (κ × (α−β) 2 ) to perform the weighting. By performing the weighting in this way, the approximation accuracy of the radio wave propagation model in the vicinity of the beacon is further improved as compared with the case where the least squares sum of the radio wave intensity value α and the measured value β of the radio wave intensity is derived evenly without weighting. Can be made to.

次に、上述した実電場マップを導出する装置である、本実施形態の電波強度推定装置について説明する。 Next, the radio field intensity estimation device of the present embodiment, which is a device for deriving the above-mentioned actual electric field map, will be described.

図4には、本実施形態の電波強度推定装置の一例の構成図を示す。図4に示すように、本実施形態の電波強度推定装置10は、シミュレーション条件設定部20、導出部22、出力部24、及び実測値DB(Data Base)26を備える。なお、本実施形態の電波強度推定装置は、具体的には、コンピュータプログラムであり、当該プログラムを記憶したROM(Read Only Memory)、CPU(Central Processing Unit)、及びRAM(Random Access Memory)等を含むコンピュータにおいて、当該プログラムを実行したCPUが、図4に示したシミュレーション条件設定部20、導出部22、及び出力部24として機能する。 FIG. 4 shows a configuration diagram of an example of the radio field intensity estimation device of the present embodiment. As shown in FIG. 4, the radio wave intensity estimation device 10 of the present embodiment includes a simulation condition setting unit 20, a derivation unit 22, an output unit 24, and an actually measured value DB (Data Base) 26. The radio field intensity estimation device of the present embodiment is specifically a computer program, and includes a ROM (Read Only Memory), a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), and the like that store the program. In the including computer, the CPU that executes the program functions as the simulation condition setting unit 20, the derivation unit 22, and the output unit 24 shown in FIG.

なお、起動部12は、バッチファイルであり、各々異なるシミュレーション条件が設定された複数の設定ファイルを含むシミュレーション条件2から、電場マップを作成するためのシミュレーションに用いる設定ファイルを指定して、電波強度推定装置10を起動させる機能を有する。 The activation unit 12 is a batch file, and from the simulation condition 2 including a plurality of setting files in which different simulation conditions are set, the setting file used for the simulation for creating the electric field map is specified, and the radio wave intensity is specified. It has a function of activating the estimation device 10.

シミュレーション条件2は、導出対象領域毎のシミュレーション条件が設定された設定ファイルを複数含む。 The simulation condition 2 includes a plurality of setting files in which simulation conditions are set for each derivation target area.

本実施形態のシミュレーション条件設定部20は、シミュレーション条件2から導出対象領域に応じた設定ファイルを読み込み、導出部22において利用可能とするために設定する機能を有する。そのため、シミュレーション条件設定部20からは、設定ファイルに応じて設定されたシミュレーション条件が出力される。 The simulation condition setting unit 20 of the present embodiment has a function of reading a setting file corresponding to the derivation target area from the simulation condition 2 and setting the setting file to be available in the derivation unit 22. Therefore, the simulation condition setting unit 20 outputs the simulation conditions set according to the setting file.

また、本実施形態のシミュレーション条件設定部20は、詳細を後述する最適化部30でモデル係数(n,C)の最適化(評価関数f(n,C)の最小化)を行う際に用いるモデル係数(n,C)の初期値等を設定する機能を有する。そのため、シミュレーション条件設定部20からは、最適化部30の指示に応じて、上記最適化の導出に用いるモデル係数(n,C)が出力される。 Further, the simulation condition setting unit 20 of the present embodiment is used when optimizing the model coefficient (n, C) (minimizing the evaluation function f (n, C)) in the optimization unit 30, which will be described in detail later. It has a function to set the initial value of the model coefficient (n, C). Therefore, the simulation condition setting unit 20 outputs the model coefficients (n, C) used for deriving the optimization in response to the instruction of the optimization unit 30.

本実施形態の導出部22は、上述したように、電波伝搬モデルと、導出対象領域内における電波強度値の実測値と、に基づいて実電場マップを導出する機能を有する。導出対象領域内における電波強度の実測値のデータは、各ビーコンに対応付けられて実測値DB26に記憶されている。 As described above, the derivation unit 22 of the present embodiment has a function of deriving the actual electric field map based on the radio wave propagation model and the measured value of the radio wave intensity value in the derivation target region. The data of the measured value of the radio wave intensity in the derivation target region is associated with each beacon and stored in the measured value DB 26.

図4に示すように、本実施形態の導出部22は、最適化部30、評価関数導出部32、電場推定部34、及び電波伝搬モデル部36を備える。電波伝搬モデル部36は、上述した本開示の電波伝搬モデルにより、電波強度値を導出する機能を有する。なお、本実施形態の電波伝搬モデル部36には、詳細を後述する最適化部30により最適化されたモデル係数(n,C)が入力される。本実施形態の電波伝搬モデル部36は、最適化部30からモデル係数(n,C)が入力された場合、電場推定部34から入力された指示に応じて、入力されたモデル係数(n,C)により最適化された電波伝搬モデルにより電波強度値を導出し、導出した電波強度値を出力する。 As shown in FIG. 4, the derivation unit 22 of the present embodiment includes an optimization unit 30, an evaluation function derivation unit 32, an electric field estimation unit 34, and a radio wave propagation model unit 36. The radio wave propagation model unit 36 has a function of deriving a radio wave intensity value by the radio wave propagation model of the present disclosure described above. The model coefficient (n, C) optimized by the optimization unit 30, which will be described in detail later, is input to the radio wave propagation model unit 36 of the present embodiment. When the model coefficient (n, C) is input from the optimization unit 30, the radio wave propagation model unit 36 of the present embodiment receives the input model coefficient (n, C) in response to the instruction input from the electric field estimation unit 34. The radio wave intensity value is derived by the radio wave propagation model optimized by C), and the derived radio wave intensity value is output.

本実施形態の電場推定部34は、電波伝搬モデル部36に電波伝搬モデルを設定し、設定した電波伝搬モデルにより電波強度値を導出させることにより推定対象地点の電波強度値の推定を行う機能を有する。また、本実施形態の電場推定部34は、電波伝搬モデル部36から入力される電波強度値と、シミュレーション条件設定部20から取得したシミュレーション条件と、実測値DB26から取得した実測値とに基づいて実電場マップ6を導出して出力する機能を有する。 The electric field estimation unit 34 of the present embodiment has a function of setting a radio wave propagation model in the radio wave propagation model unit 36 and estimating the radio wave intensity value of the estimation target point by deriving the radio wave intensity value from the set radio wave propagation model. Have. Further, the electric field estimation unit 34 of the present embodiment is based on the radio wave intensity value input from the radio wave propagation model unit 36, the simulation conditions acquired from the simulation condition setting unit 20, and the actual measurement value acquired from the actual measurement value DB 26. It has a function of deriving and outputting the actual electric field map 6.

本実施形態の評価関数導出部32は、最適化部30の指示に基づいて、実測値DB26から取得した実測値と、電波伝搬モデル部36により導出された電波強度値とに基づいて、上記(3)式により評価関数f(n,C)を導出して出力する機能を有する。そのため、評価関数導出部32には、電波伝搬モデル部36により導出された電波強度値が電場推定部34を介して入力される。 The evaluation function derivation unit 32 of the present embodiment is based on the actual measurement value acquired from the actual measurement value DB 26 and the radio wave intensity value derived by the radio wave propagation model unit 36 based on the instruction of the optimization unit 30. It has a function to derive and output the evaluation function f (n, C) by the equation 3). Therefore, the radio wave intensity value derived by the radio wave propagation model unit 36 is input to the evaluation function derivation unit 32 via the electric field estimation unit 34.

本実施形態の最適化部30は、評価関数f(n,C)を最小化するモデル係数(n,C)を導出することにより、電波伝搬モデル部36の電波伝搬モデルを最適化する機能を有する。そのため、本実施形態の最適化部30は、シミュレーション条件設定部20から入力されたモデル係数(n,C)を用いて、評価関数導出部32に評価関数f(n,C)を導出させる。さらに、シミュレーション条件設定部20にモデル係数(n,C)の設定を変更させる指示を行い、シミュレーション条件設定部20から入力された変更後のモデル係数(n,C)を用いて、評価関数導出部32に評価関数f(n,C)を導出させることを繰り返し、上述したように、評価関数f(n,C)を最小化(最適化)するモデル係数(n,C)を導出させる。なお、最適化部30は、最適化の導出の途中経過、例えば、上記(3)式における(α−β)の値や評価関数f(n,C)の値等、途中の計算結果を出力する。 The optimization unit 30 of the present embodiment has a function of optimizing the radio wave propagation model of the radio wave propagation model unit 36 by deriving a model coefficient (n, C) that minimizes the evaluation function f (n, C). Have. Therefore, the optimization unit 30 of the present embodiment causes the evaluation function derivation unit 32 to derive the evaluation function f (n, C) by using the model coefficient (n, C) input from the simulation condition setting unit 20. Further, the simulation condition setting unit 20 is instructed to change the setting of the model coefficient (n, C), and the evaluation function is derived using the changed model coefficient (n, C) input from the simulation condition setting unit 20. The evaluation function f (n, C) is repeatedly derived by the unit 32, and as described above, the model coefficient (n, C) that minimizes (optimizes) the evaluation function f (n, C) is derived. In addition, the optimization unit 30 calculates the intermediate process of deriving the optimization, for example, the value of (α-β) 2 in the above equation (3), the value of the evaluation function f (n, C), and the like. Output.

本実施形態の出力部24には、最適化部30から出力された上記途中経過が入力され、入力された途中経過を経過記録4として外部に出力する。また、本実施形態の出力部24には、電場推定部34から実電場マップ6が入力され、入力された実電場マップ6を出力する。出力部24は、例えば、実電場マップ6の表示を行うモニタ等である。 The intermediate progress output from the optimization unit 30 is input to the output unit 24 of the present embodiment, and the input intermediate progress is output to the outside as a progress record 4. Further, the actual electric field map 6 is input from the electric field estimation unit 34 to the output unit 24 of the present embodiment, and the input actual electric field map 6 is output. The output unit 24 is, for example, a monitor that displays the actual electric field map 6.

次に、本実施形態の電波強度推定装置10の作用について説明する。 Next, the operation of the radio wave intensity estimation device 10 of the present embodiment will be described.

起動部12により起動させられると、まず、電波強度推定装置10は、シミュレーション条件に応じた導出対象領域内に設けられた複数のビーコンから1つのビーコンを選択し、図5に一例を示す、電波伝搬モデル導出ルーチンを実行する。 When activated by the activation unit 12, the radio wave intensity estimation device 10 first selects one beacon from a plurality of beacons provided in the derivation target area according to the simulation conditions, and an example is shown in FIG. Execute the propagation model derivation routine.

図5に示したステップS10で電場推定部34は、選択したビーコンの実測値を実測値DB26から取得し、電波強度値の変化率に応じて、選択したビーコンの電波到達区間を、電波強度値の変化率が比較的大きい第1の区間、及び電波強度値の変化率が比較的小さい第2の区間に分割する。例えば、図1に示した例では、第1の区間を区間d0〜d2、及び第2の区間を区間d2〜d3とした分割を行う。なお、測位に用いる区間が、ビーコンからの距離に応じて予め定められている場合は、当該区間を第1の区間、当該区間外を第2の区間として分割すればよい。 In step S10 shown in FIG. 5, the electric field estimation unit 34 acquires the measured value of the selected beacon from the measured value DB 26, and sets the radio wave arrival section of the selected beacon as the radio wave intensity value according to the rate of change of the radio wave intensity value. It is divided into a first section having a relatively large rate of change and a second section having a relatively small rate of change in radio field intensity value. For example, in the example shown in FIG. 1, the first section is divided into sections d0 to d2, and the second section is divided into sections d2 to d3. If the section used for positioning is predetermined according to the distance from the beacon, the section may be divided into a first section and a section outside the section as a second section.

次のステップS12で電場推定部34は、第1の区間を上述したように複数の区間にさらに分割する。図1に示した例では、第1の区間を、区間d0〜d1と、区間d1〜d2の2つの区間に分割する。 In the next step S12, the electric field estimation unit 34 further divides the first section into a plurality of sections as described above. In the example shown in FIG. 1, the first section is divided into two sections, sections d0 to d1 and sections d1 to d2.

次のステップS14で電場推定部34は、区間毎に、上述したようにモデル係数(n,C)を導出して電波伝搬曲線を近似した電波伝搬モデルを定義した後、電波伝搬モデル導出ルーチンを終了する。図1に示した例では、空間伝搬係数n1、n2、及びn3を導出して、各々により、導出対象領域を定義する。 In the next step S14, the electric field estimation unit 34 derives the model coefficient (n, C) for each section to define a radio wave propagation model that approximates the radio wave propagation curve, and then performs a radio wave propagation model derivation routine. finish. In the example shown in FIG. 1, the spatial propagation coefficients n1, n2, and n3 are derived, and the derivation target region is defined by each of them.

電場推定部34は、導出対象領域内に設けられた複数のビーコンの各々に対して、当該電波伝搬モデル導出ルーチンを実行することにより、各ビーコンに対する電波伝搬モデルを電波伝搬モデル部36に設定する。なお、予め各ビーコンの電波伝搬モデルが得られている場合は、当該電波伝搬モデル導出ルーチンの実行を省略できることは言うまでもない。 The electric field estimation unit 34 sets the radio wave propagation model for each beacon in the radio wave propagation model unit 36 by executing the radio wave propagation model derivation routine for each of the plurality of beacons provided in the derivation target region. .. Needless to say, if the radio wave propagation model of each beacon is obtained in advance, the execution of the radio wave propagation model derivation routine can be omitted.

次に、電波強度推定装置10は、図6に一例を示す、電場マップ導出ルーチンを実行する。 Next, the radio field intensity estimation device 10 executes the electric field map derivation routine shown in FIG. 6 as an example.

図6に示すように、ステップS100で電波強度推定装置10は、最適化部30、評価関数導出部32、電場推定部34、及び電波伝搬モデル部36により、導出対象領域内に設けられた複数のビーコン毎に、上述したように評価関数f(n,C)を最小化することで、シミュレーション条件に応じて電波伝搬モデルを最適化する。 As shown in FIG. 6, in step S100, the radio wave intensity estimation device 10 is provided in the derivation target region by the optimization unit 30, the evaluation function derivation unit 32, the electric field estimation unit 34, and the radio wave propagation model unit 36. The radio wave propagation model is optimized according to the simulation conditions by minimizing the evaluation function f (n, C) for each beacon.

次のステップS102で電波強度推定装置10は、電場推定部34により、上述したように、全てのビーコンの最適化された電波伝搬モデルから導出した電波強度値による電場を合成することにより、実電場マップ6を導出する。具体的には、電場推定部34は、1つの式で表される最適化された電波伝搬モデルを、その係数である空間伝搬係数を、電波強度を推定する推定対象地点とビーコンとの距離に応じて切り替えながら用いて、各ビーコンによる電場を推定する。そして、電場推定部34は、推定結果を合成することで、実電場マップ6を導出する。 In the next step S102, the radio field intensity estimation device 10 synthesizes an electric field based on the radio wave intensity values derived from the optimized radio wave propagation models of all beacons as described above by the electric field estimation unit 34, thereby performing an actual electric field. Derivation of map 6. Specifically, the electric field estimation unit 34 uses an optimized radio wave propagation model represented by one equation as its coefficient, the spatial propagation coefficient, as the distance between the estimation target point for estimating the radio wave intensity and the beacon. The electric field due to each beacon is estimated by switching according to the situation. Then, the electric field estimation unit 34 derives the actual electric field map 6 by synthesizing the estimation results.

次のステップS104で電波強度推定装置10は、出力部24により、導出した実電場マップ6を出力した後、電場マップ導出ルーチンを終了する。図7には、このようにして導出された実電場マップ6の表示の一例を示す。図7は、建物内部の平面図に対して、ビーコンの配置と、各ビーコンの電場範囲と、を重畳することにより表された実電場マップ6の一例を示している。なお、実電場マップ6の表示方法等は、図7に例示したものに限定されないことは言うまでもない。例えば、図8に例示したように、電波の強度を縦軸とした3次元表示を行ってもよい。 In the next step S104, the radio wave intensity estimation device 10 outputs the derived actual electric field map 6 by the output unit 24, and then ends the electric field map derivation routine. FIG. 7 shows an example of the display of the actual electric field map 6 derived in this way. FIG. 7 shows an example of an actual electric field map 6 represented by superimposing the arrangement of beacons and the electric field range of each beacon on the plan view of the inside of the building. Needless to say, the display method of the actual electric field map 6 is not limited to the one illustrated in FIG. 7. For example, as illustrated in FIG. 8, three-dimensional display may be performed with the intensity of radio waves as the vertical axis.

このように本実施形態の電波強度推定装置10は、実電場マップを導出して表示等することにより、ビーコンの電波が到達していない領域等を提示することができる。そのため、本実施形態の電波強度推定装置10によれば、ビーコンを配置する位置の改善を行い易くすることができ、ビーコン信号によりユーザの位置の測位を行う測位精度を向上させることができる。 As described above, the radio wave intensity estimation device 10 of the present embodiment can present a region or the like where the radio wave of the beacon does not reach by deriving and displaying the actual electric field map. Therefore, according to the radio wave intensity estimation device 10 of the present embodiment, it is possible to easily improve the position where the beacon is arranged, and it is possible to improve the positioning accuracy for positioning the user's position by the beacon signal.

なお、上記では、電波強度推定装置10が、導出対象領域を規定するシミュレーション条件、及び実測値DB26に記憶されている導出対象領域における電波強度の実測値のデータに基づいて、実電場マップ6を導出する場合について詳細に説明したが、電波強度推定装置10が導出する電場マップは実電場マップ6に限定されない。例えば、導出対象領域を規定するシミュレーション条件、及びビーコンの電波伝搬モデル(または電波伝搬曲線)は得られているが、導出対象領域における電波強度の実測値のデータは得られていない場合、電波強度推定装置10は、シミュレーション条件と、電波伝搬モデルとに基づいて、理論的に得られる電場マップ(以下、「理論電場マップ」という)を導出してもよい。 In the above, the radio field intensity estimation device 10 creates the actual electric field map 6 based on the simulation conditions that define the derivation target area and the data of the measured value of the radio wave intensity in the derivation target area stored in the measured value DB 26. Although the case of deriving is described in detail, the electric field map derived by the radio wave intensity estimation device 10 is not limited to the actual electric field map 6. For example, if the simulation conditions that define the derivation target area and the radio wave propagation model (or radio wave propagation curve) of the beacon are obtained, but the measured value data of the radio wave intensity in the derivation target area is not obtained, the radio wave intensity. The estimation device 10 may derive a theoretically obtained electric field map (hereinafter referred to as “theoretical electric field map”) based on the simulation conditions and the radio wave propagation model.

理論電場マップを導出する場合、電波強度推定装置10は、シミュレーション条件と、電波伝搬モデルとに基づいて、上述した電場マップ導出ルーチン(図6参照)のステップS102及びS104を実行すればよい。 When deriving the theoretical electric field map, the radio wave intensity estimation device 10 may execute steps S102 and S104 of the electric field map deriving routine (see FIG. 6) described above based on the simulation conditions and the radio wave propagation model.

図9には、電波強度推定装置10により導出された理論電場マップ8の表示の一例を示す。図9は、電波の強度を縦軸とした3次元表示により表した理論電場マップ8の一例を示している。このように、実電場マップを導出した場合と同様に、理論電場マップを導出した場合も、ビーコンの電波が到達していない領域等を提示することができる。そのため、本実施形態の電波強度推定装置10によれば、ビーコンを配置する位置の改善を行い易くすることができ、ビーコン信号によりユーザの位置の測位を行う測位精度を向上させることができる。 FIG. 9 shows an example of the display of the theoretical electric field map 8 derived by the radio field intensity estimation device 10. FIG. 9 shows an example of the theoretical electric field map 8 represented by a three-dimensional display with the intensity of radio waves as the vertical axis. In this way, as in the case of deriving the actual electric field map, when the theoretical electric field map is derived, it is possible to present a region or the like where the beacon radio wave does not reach. Therefore, according to the radio wave intensity estimation device 10 of the present embodiment, it is possible to easily improve the position where the beacon is arranged, and it is possible to improve the positioning accuracy for positioning the user's position by the beacon signal.

次に、本実施形態の電波強度推定装置10を備えた測位のための装置について説明する。本実施形態の電波強度推定装置10は、上述したように、ユーザの位置を測位する測位のための装置に用いられる。図10には、本実施形態の電波強度推定装置10を備えた測位のための装置100の一例の構成図を示す。図10に示すように、本実施形態の測位のための装置100は、電波強度推定装置10と、通信I/F(Inter Face)92と、測位部94と、出力部96と、を備える。通信I/F92は、ビーコンからビーコン信号を受信する機能を有する。測位部94は、通信I/F92が受信したビーコン信号の電波の強度、及び送信元のビーコンを識別するビーコンIDと、電波強度推定装置10が導出した実電場マップまたは理論電場マップと、に基づいて測位のための装置100自身の位置を測位する機能を有する。出力部96は、測位部94が測位した結果を、ユーザの位置として出力する機能を有する。 Next, a device for positioning provided with the radio wave intensity estimation device 10 of the present embodiment will be described. As described above, the radio field intensity estimation device 10 of the present embodiment is used as a positioning device for positioning the user's position. FIG. 10 shows a configuration diagram of an example of a device 100 for positioning provided with the radio field intensity estimation device 10 of the present embodiment. As shown in FIG. 10, the device 100 for positioning of the present embodiment includes a radio wave intensity estimation device 10, a communication I / F (Inter Face) 92, a positioning unit 94, and an output unit 96. The communication I / F 92 has a function of receiving a beacon signal from the beacon. The positioning unit 94 is based on the radio wave intensity of the beacon signal received by the communication I / F 92, the beacon ID that identifies the source beacon, and the actual electric field map or the theoretical electric field map derived by the radio wave intensity estimation device 10. It has a function of positioning the position of the device 100 itself for positioning. The output unit 96 has a function of outputting the positioning result of the positioning unit 94 as the position of the user.

以上説明したように、本実施形態の測位のための装置100は、電波発信装置の一例であるビーコンから発信された電波の、所望の位置における電波強度を推定する測位のための装置100であって、ビーコンからの距離に応じた区間を、距離の変化に対する電波強度値の変化率が閾値未満の第1の区間と、電波強度値の変化率が閾値以上であり、第1の区間よりもビーコンに近い第2の区間とに分割し、さらに第2の区間を複数の区間に分割し、分割した区間毎に、ビーコンに近い区間ほど値が大きくなる空間伝搬係数nの値を切り替えて、ビーコンと電波強度を推定する推定対象地点との距離と、空間伝搬係数nとに基づいた1つの式で表される電波伝搬モデルにより、推定対象地点の電波強度を推定する電場推定部34を備える。すなわち、本実施形態の測位のための装置100は、本実施形態の電波強度推定装置10を備える。 As described above, the positioning device 100 of the present embodiment is a positioning device 100 that estimates the radio wave intensity at a desired position of the radio wave transmitted from the beacon, which is an example of the radio wave transmitting device. Therefore, in the section according to the distance from the beacon, the first section in which the rate of change of the radio wave intensity value with respect to the change in distance is less than the threshold value and the section in which the rate of change of the radio wave intensity value is equal to or more than the threshold value are higher than the first section. It is divided into a second section closer to the beacon, and the second section is further divided into a plurality of sections, and the value of the spatial propagation coefficient n whose value becomes larger as the section closer to the beacon becomes larger for each divided section is switched. The electric field estimation unit 34 for estimating the radio wave intensity of the estimation target point by the radio wave propagation model represented by one equation based on the distance between the beacon and the estimation target point for estimating the radio wave intensity and the spatial propagation coefficient n is provided. .. That is, the device 100 for positioning of the present embodiment includes the radio field intensity estimation device 10 of the present embodiment.

従って、本実施形態の測位のための装置100によれば、電波の発信源であるビーコンからの距離にかかわらず、電波の強度を正確に推定することができる。 Therefore, according to the device 100 for positioning of the present embodiment, the intensity of radio waves can be accurately estimated regardless of the distance from the beacon which is the source of radio waves.

なお、本実施形態の電波強度推定装置10は、例えば、図11に示した一例のように実装することができる。図11に示した電波強度推定装置10の実装例は、サーベイデータ変換部50と、シミュレーション条件設定ファイル58と、プロジェクトファイル60と、GUI(Graphical User Interface)部62と、導出部22と、を備える。 The radio field intensity estimation device 10 of the present embodiment can be mounted as in the example shown in FIG. 11, for example. An example of mounting the radio wave intensity estimation device 10 shown in FIG. 11 includes a survey data conversion unit 50, a simulation condition setting file 58, a project file 60, a GUI (Graphical User Interface) unit 62, and a derivation unit 22. Be prepared.

図11に示すように、サーベイデータ変換部50は、実測値DB26、サーベイアプリ52、データ抽出・整形部54、及び実測データ前処理部56を含む。サーベイアプリは、導出対象領域において、いわゆるサイトサーベイを行うアプリケーションであり、サーベイアプリ52によって、測定されたビーコンの電波強度の実測値のデータは、実測値DB26に記憶される。実測値DB26に記憶されている実測値のデータは、データ抽出・整形部54及び実測データ前処理部56によって、導出部22により利用可能に整えられ、プロジェクトファイル化(プロジェクトファイル60)される。また、導出対象領域を規定するシミュレーション条件は、シミュレーション条件設定ファイル58に記憶されており、プロジェクトファイル化(プロジェクトファイル60)される。 As shown in FIG. 11, the survey data conversion unit 50 includes an actual measurement value DB 26, a survey application 52, a data extraction / shaping unit 54, and an actual measurement data preprocessing unit 56. The survey application is an application that performs a so-called site survey in the derivation target area, and the data of the measured value of the radio wave intensity of the beacon measured by the survey application 52 is stored in the measured value DB 26. The measured value data stored in the measured value DB 26 is prepared for use by the derivation unit 22 by the data extraction / shaping unit 54 and the actual measurement data preprocessing unit 56, and is converted into a project file (project file 60). Further, the simulation conditions that define the derivation target area are stored in the simulation condition setting file 58, and are converted into a project file (project file 60).

また、図11に示すように導出部22は、実電場導出部70、理論電場導出部72、電波伝搬モデル76、及び評価関数78を含む。実電場マップを導出する場合、導出部22の実電場導出部70がプロジェクトファイル60を読み込み、電波伝搬モデル76及び評価関数78を用いて、上述したように実電場マップを導出し、プロジェクトファイル60に出力する。また、理論電場マップを導出する場合、導出部22の理論電場導出部72がプロジェクトファイル60を読み込み、電波伝搬モデル76を用いて、上述したように理論電場マップを導出し、プロジェクトファイル60に出力する。プロジェクトファイル60に出力された実電場マップ及び理論電場マップは、GUI部62により、ユーザ等による閲覧が可能となる。 Further, as shown in FIG. 11, the derivation unit 22 includes an actual electric field derivation unit 70, a theoretical electric field derivation unit 72, a radio wave propagation model 76, and an evaluation function 78. When deriving the actual electric field map, the actual electric field deriving unit 70 of the deriving unit 22 reads the project file 60, derives the actual electric field map as described above using the radio wave propagation model 76 and the evaluation function 78, and derives the project file 60. Output to. When deriving the theoretical electric field map, the theoretical electric field deriving unit 72 of the deriving unit 22 reads the project file 60, derives the theoretical electric field map as described above using the radio wave propagation model 76, and outputs it to the project file 60. To do. The actual electric field map and the theoretical electric field map output to the project file 60 can be viewed by a user or the like by the GUI unit 62.

なお、本実施形態は一例であり、具体的な構成は本実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれ、状況に応じて変更可能であることは言うまでもない。 It should be noted that this embodiment is an example, and the specific configuration is not limited to this embodiment, but includes a design and the like within a range that does not deviate from the gist of the present invention, and can be changed depending on the situation. Needless to say.

例えば、本実施形態では、電場推定部34が電波伝搬モデルの最適化(評価関数f(n,C)の最小化)を行う際、全ての実測地点に関する電波強度の実測値を用いた形態について説明したが、当該形態に限定されず、少なくとも2以上の実測地点に関する電波強度の実測値を用いればよい。 For example, in the present embodiment, when the electric field estimation unit 34 optimizes the radio wave propagation model (minimization of the evaluation function f (n, C)), the embodiment using the measured values of the radio wave intensities at all the measured points. As described above, the present invention is not limited to this form, and the measured values of the radio field intensity for at least two or more actual measurement points may be used.

また例えば、本実施形態では、上記(1)式で表された電波伝搬モデルを用いる形態について説明したが、電波伝搬モデルは当該形態に限定されず、少なくとも、上記(1)式における、「K−n×log10d」を含む式で表される1つの式であればよい。例えば、電波伝搬モデルは、上記(1)式の右辺において、モデル係数Cを含まない式であってもよい。 Further, for example, in the present embodiment, the embodiment using the radio wave propagation model represented by the above equation (1) has been described, but the radio wave propagation model is not limited to this embodiment, and at least, “K” in the above equation (1). Any one expression may be used, which is represented by an expression including −n × log 10 d ”. For example, the radio wave propagation model may be an equation that does not include the model coefficient C on the right side of the equation (1).

10 電波強度推定装置
30 最適化部
34 電場推定部
94 測位部
100 測位のための装置
10 Radio field strength estimation device 30 Optimization unit 34 Electric field estimation unit 94 Positioning unit 100 Device for positioning

Claims (8)

電波発信装置から発信された電波の、所望の位置における電波強度を推定する測位のための装置であって、
前記電波発信装置からの距離に応じた 区間を、前記距離の変化に対する電波強度値の変化率が閾値未満の第1の区間と、前記電波強度値の変化率が閾値以上であり、前記第1の区間よりも前記電波発信装置に近い第2の区間とに分割し、さらに前記第2の区間を複数の区間に分割し、分割した区間毎に、前記電波発信装置に近い区間ほど値が大きくなる空間伝搬係数の値を切り替えて、前記電波発信装置と電波強度を推定する推定対象地点との距離と、前記空間伝搬係数とに基づいた1つの式で表される電波伝搬モデルにより、前記推定対象地点の電波強度を推定する電場推定部を備えた、
測位のための装置。
It is a device for positioning that estimates the radio wave strength at a desired position of the radio wave transmitted from the radio wave transmitter.
The section corresponding to the distance from the radio wave transmitting device includes the first section in which the rate of change of the radio wave intensity value with respect to the change in the distance is less than the threshold value and the section in which the rate of change of the radio wave intensity value is equal to or more than the threshold value. The section is divided into a second section closer to the radio wave transmitting device than the section of the above, and the second section is further divided into a plurality of sections, and the value is larger in each divided section as the section closer to the radio wave transmitting device. The estimation is performed by a radio wave propagation model represented by one equation based on the distance between the radio wave transmitting device and the estimation target point for estimating the radio wave intensity and the space propagation coefficient by switching the value of the space propagation coefficient. Equipped with an electric field estimation unit that estimates the radio field strength at the target point,
Equipment for positioning.
前記電場推定部が推定した前記推定対象地点の電波強度と、前記推定対象地点の電波強度の実測値とに基づいて、前記推定対象地点の測位を行う測位部をさらに備えた、
請求項1に記載の測位のための装置。
A positioning unit that performs positioning of the estimation target point based on the radio field intensity of the estimation target point estimated by the electric field estimation unit and the measured value of the radio wave intensity of the estimation target point is further provided.
The device for positioning according to claim 1.
前記第2の区間は、前記電波発信装置に近いほど短い区間に分割される、
請求項1または請求項2に記載の測位のための装置。
The second section is divided into shorter sections as it is closer to the radio wave transmitting device.
The device for positioning according to claim 1 or 2.
前記電波伝搬モデルは、前記電波発信装置が発信する電波の最大電波出力をK、前記電波発信装置と前記推定対象地点との距離をd、前記空間伝搬係数をnとした場合、電波強度値であるRSSI(Received Signal Strength Indicator)を導出する下記(1)式の右辺を少なくとも含む式で表される、
RSSI=K−n×log10d ・・・(1)
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の測位のための装置。
In the radio wave propagation model, when the maximum radio wave output of the radio wave transmitted by the radio wave transmitting device is K, the distance between the radio wave transmitting device and the estimated target point is d, and the spatial propagation coefficient is n, the radio wave intensity value is used. It is represented by an equation that includes at least the right side of equation (1) below, which derives a certain RSSI (Received Signal Strength Indicator).
RSSI = Kn × log 10 d ・ ・ ・ (1)
The device for positioning according to any one of claims 1 to 3.
位置が既知の実測地点の各々において前記電波発信装置の電波の強度を実測した実測値を用いて、前記空間伝搬係数を最適化することにより前記電波伝搬モデルを最適化する最適化部をさらに備えた、
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の測位のための装置。
Further provided with an optimization unit that optimizes the radio wave propagation model by optimizing the spatial propagation coefficient using the measured values obtained by actually measuring the radio wave intensity of the radio wave transmitting device at each of the measured points whose positions are known. ,
The device for positioning according to any one of claims 1 to 4.
前記最適化部は、電波強度を実測した少なくとも2以上の実測地点に関する電波強度の実測値についての、前記電波伝搬モデルから導出した電波強度値との差分の総和を表す最適化関数を最小化するように、前記実測地点と前記電波発信装置との距離に係る前記空間伝搬係数を導出することにより、前記電波伝搬モデルを最適化する、
請求項5に記載の測位のための装置。
The optimization unit minimizes an optimization function that represents the sum of the differences between the measured values of the radio field intensity for at least two or more actually measured points where the radio wave intensity is actually measured and the radio field intensity values derived from the radio wave propagation model. As described above, the radio wave propagation model is optimized by deriving the spatial propagation coefficient related to the distance between the measured point and the radio wave transmitting device.
The device for positioning according to claim 5.
前記最適化部は、さらに、前記電波発信装置と前記実測地点の距離が近いほど大きな重み付けを行って前記電波伝搬モデルを最適化する、
請求項6に記載の測位のための装置。
The optimization unit further optimizes the radio wave propagation model by performing greater weighting as the distance between the radio wave transmitting device and the actually measured point becomes closer.
The device for positioning according to claim 6.
コンピュータを、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の測位のための装置の各部として機能させるためのプログラム。 A program for causing a computer to function as each part of the device for positioning according to any one of claims 1 to 7.
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